这篇文档属于类型b，是一篇发表在《Nature Reviews Neuroscience》上的综述论文，由Claire Bradley（澳大利亚昆士兰大学昆士兰脑研究所）、Abbey S. Nydam（加拿大多伦多大学心理学系）、Paul E. Dux和Jason B. Mattingley（昆士兰大学心理学学院）共同撰写。论文标题为《State-dependent effects of neural stimulation on brain function and cognition》（神经刺激对大脑功能和认知的状态依赖性效应），系统性地探讨了大脑状态如何影响非侵入性和侵入性神经刺激的效果。
论文开篇指出，认知神经科学的核心目标是理解大脑区域和网络如何协调活动以产生感知、认知和行为。传统研究方法（如功能成像）通过关联大脑活动模式与行为，而神经刺激（如经颅磁刺激TMS和经颅电刺激TES）则通过直接扰动特定脑区建立因果联系。然而，大脑的持续神经活动会因任务需求或内源性网络波动而变化，从而显著影响刺激效果。例如，在清醒状态下，TMS诱发的活动可广泛传播至远端脑区，而在非快速眼动睡眠（NREM）期间，同样的刺激仅引起局部高幅电位，且传播范围受限（Massimini et al., 2005）。这一现象表明，大脑的“状态”（如睡眠、注意力集中或工作记忆任务）决定了刺激引发的网络响应模式。
作者采用Zagha和McCormick的定义，将“状态”视为“在行为相关时间段内稳定重现的一组神经条件”。这些条件可能表现为持续的神经活动模式（如睡眠阶段的脑电特征），也可能通过刺激响应显现。例如，安静清醒状态下的默认模式网络（DMN）与任务执行时的网络活动截然不同。论文强调，神经状态与行为状态并非简单一一对应，因此需从神经和行为两个维度定义状态。此外，状态的波动时间尺度差异极大，从发育或疾病相关的长期变化（如痴呆进展）到毫秒级的注意力转移。
论文详细分析了两种主流非侵入性刺激技术：
- 经颅磁刺激（TMS）：通过电磁感应触发神经元动作电位，其效果取决于刺激强度、线圈方向和脑区特性。例如，低强度TMS可能增强兴奋性，而高强度TMS可能抑制局部活动（Silvanto & Cattaneo, 2017）。TMS的“虚拟损伤”范式通过干扰任务执行时的神经活动揭示脑区功能，而其诱发的长时程增强（LTP）样可塑性受注意力状态调控（Kamke et al., 2015）。
- 经颅电刺激（TES）：通过弱电流调制神经元膜电位，而非直接触发动作电位。早期研究认为阳极TES增强兴奋性，阴极TES抑制兴奋性，但后续发现其效果受刺激参数和脑区生理状态影响。例如，随机噪声刺激（tRNS）可能通过随机共振（stochastic resonance）机制提升信号检测效率（Antal & Herrmann, 2016）。
麻醉和睡眠显著改变刺激引发的神经活动传播。在麻醉动物中，微刺激需更高电流才能诱发与清醒状态相当的效应（Murris et al., 2020）。人类研究中，TMS在NREM睡眠期间诱发的电位振幅增大但传播受限，而在REM睡眠（伴随梦境）中则更接近清醒模式（Massimini et al., 2005）。此外，睡眠慢波的干预（如光遗传学触发）可促进中风后运动功能恢复，但仅在睡眠期间有效（Facchin et al., 2019），提示状态特异性可塑性机制。
注意力定向通过前额叶-顶叶网络调控感觉区的刺激响应。例如：
- 空间注意：TMS作用于后顶叶皮层（PPC）时，对侧注意增强刺激引发的视觉皮层活动，而同侧注意抑制活动（Blankenburg et al., 2010）。
- 特征注意：当受试者注意面孔时，前额叶TMS增强梭状回（FFA）活动；注意运动时则增强MT+区活动（Morishima et al., 2009）。
- 工作记忆：TMS可短暂恢复未被注意记忆项的神经解码性，表明其能激活“静默”的突触权重（Rose et al., 2016）。高工作记忆负荷下，TES对前额叶的调控效果更显著（Li et al., 2019）。
论文指出，状态依赖性效应对神经刺激的临床应用至关重要。例如，抑郁症患者的深部脑刺激（DBS）效果可能受即时情绪状态影响（Box 3）。未来需结合多模态成像（如TMS-EEG-fMRI）和计算模型，开发闭环刺激技术（Box 2），以实时适配个体化神经状态。
该综述整合了动物模型和人类研究，首次系统阐述了神经刺激效果如何受意识、注意力和记忆等状态调控，为实验室研究和临床干预提供了理论框架。其核心贡献包括：
1. 理论层面：提出“状态依赖性”是神经刺激效果变异的关键因素，挑战了传统静态脑网络模型。
2. 方法论层面：强调结合任务设计、生理监测和闭环刺激的必要性。
3. 应用层面：为优化神经精神疾病（如抑郁症、帕金森病）的刺激疗法提供新思路。